熱線:021-56056830,66110819
手機(jī):13564362870
熱線:021-56056830,66110819
手機(jī):13564362870
2結(jié)果與分析
2.1沉積物pH值和DO濃度變化
對(duì)照組和苦草組沉積物-水界面pH值和DO濃度變化如圖1所示。對(duì)照組與苦草組沉積物-水界面的pH值介于7~8.5之間,整體為弱堿性。試驗(yàn)過程中,苦草組的pH平均值低于同期對(duì)照組。在種植苦草后的第15天、第35天、第66天,苦草組的pH平均值分別降低了2.20%、2.64%、0.77%。從圖1可知,整個(gè)試驗(yàn)階段,沉積物-水界面中DO濃度平均值苦草組高于同期對(duì)照組:前2個(gè)試驗(yàn)階段(第15天和第35天),苦草組略高于同期對(duì)照組;而到第66天時(shí),苦草組顯著高于同期對(duì)照組,高約137%。這可能是因?yàn)樵诘?6天時(shí),苦草的植株和根系較幼苗時(shí)期(第15天、第35天)深長,光合作用更強(qiáng),進(jìn)而提升了根際區(qū)間的DO濃度。在種植苦草后的第15天、第35天、第66天,苦草組的溶解氧滲透深度(OPD)分別為40mm、17mm、31mm,對(duì)照組的OPD分別為23mm、11mm、19mm。可見,試驗(yàn)過程中苦草組的OPD均高于同期對(duì)照組。
圖1沉積物-水界面pH值與DO濃度的垂向變化特征
2.2沉積物間隙水中溶解態(tài)Fe(Ⅱ)/溶解態(tài)Mn質(zhì)量濃度和UV254的變化
沉積物間隙水中的溶解態(tài)Fe(Ⅱ)質(zhì)量濃度變化如圖2所示。在3個(gè)試驗(yàn)階段,苦草組的溶解態(tài)Fe(Ⅱ)質(zhì)量濃度平均值都小于同期對(duì)照組。在試驗(yàn)開始后的第15天、第35天、第66天,苦草組的溶解態(tài)Fe(Ⅱ)質(zhì)量濃度分別是同期對(duì)照組的40.51%、75.80%、68.93%。苦草組與對(duì)照組溶解態(tài)Fe(Ⅱ)質(zhì)量濃度平均值的最大差異出現(xiàn)在試驗(yàn)初期的第15天。在3次取樣結(jié)果中,苦草組與對(duì)照組中溶解態(tài)Fe(Ⅱ)在表層0~-20mm范圍內(nèi)差異較小,而在-20~-80mm范圍內(nèi)出現(xiàn)顯著差異,苦草組Fe(Ⅱ)質(zhì)量濃度顯著降低。
圖2沉積物溶解態(tài)Fe(Ⅱ)質(zhì)量濃度變化趨勢
在試驗(yàn)開始后的第15天、第35天、第66天,苦草組沉積物間隙水中溶解態(tài)Mn質(zhì)量濃度平均值都小于同期對(duì)照組(圖3),苦草組溶解態(tài)Mn質(zhì)量濃度分別是同期對(duì)照組的65.83%、82.37%、94.56%??梢姡S著試驗(yàn)的進(jìn)行,兩組之間的溶解態(tài)Mn質(zhì)量濃度差異逐漸減小。
圖3沉積物溶解態(tài)Mn質(zhì)量濃度變化趨勢
沉積物UV254的變化如圖4所示。在3個(gè)試驗(yàn)階段,苦草組的UV254平均值都小于同期對(duì)照組,且隨著試驗(yàn)的開展,苦草組與對(duì)照組UV254平均值差別越來越小。在試驗(yàn)開始后的第15天、第35天、第66天,苦草組的UV254分別是同期對(duì)照組的71.92%、84.81%、90.45%??嗖萁M與對(duì)照組UV254平均值的最大差異出現(xiàn)在試驗(yàn)初期的第15天。
圖4沉積物UV254變化趨勢
2.3沉積物間隙水中溶解態(tài)As、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)質(zhì)量濃度變化
沉積物間隙水中的溶解態(tài)As質(zhì)量濃度變化如圖5所示。在3個(gè)試驗(yàn)階段,苦草組溶解態(tài)As質(zhì)量濃度小于對(duì)照組,苦草組對(duì)溶解態(tài)As的去除率始終大于同期對(duì)照組(表2)。在試驗(yàn)開始后的第15天、第35天、第66天,苦草組的溶解態(tài)As質(zhì)量濃度分別是同期對(duì)照組的68.89%、54.49%、51.19%,呈現(xiàn)逐步遞減與遞減速度變緩的規(guī)律,可能是逐步達(dá)到了苦草吸收As的閾值,或者是因?yàn)锳s對(duì)苦草造成了損傷。
圖5苦草對(duì)沉積物剖面中溶解態(tài)As、As(Ⅲ)和As(V)質(zhì)量濃度的影響
表2苦草對(duì)間隙水中溶解態(tài)As、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的去除率
如圖5所示,在3個(gè)試驗(yàn)階段,苦草組的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)質(zhì)量濃度均低于同期對(duì)照組。在第15天、第35天、第66天,苦草組溶解態(tài)As(Ⅲ)質(zhì)量濃度分別是同期對(duì)照組的68.38%、44.09%、52.88%(表2);苦草組溶解態(tài)As(Ⅴ)質(zhì)量濃度分別是同期對(duì)照組的76.07%、82.32%、49.46%。3個(gè)試驗(yàn)時(shí)段,對(duì)照組和苦草對(duì)As(Ⅲ)的平均去除率分別為14.7%和54.8%,As(Ⅴ)的平均去除率分別為11.38%和41.48%??梢?,苦草對(duì)As(Ⅲ)的去除效果優(yōu)于其對(duì)As(Ⅴ)的去除效果。試驗(yàn)過程中,As(Ⅲ)平均質(zhì)量濃度的最小值出現(xiàn)在第35天,As(Ⅴ)平均質(zhì)量濃度的最小值出現(xiàn)在第66天,這可能是因?yàn)榭嗖輰?duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的同化吸收機(jī)制不同造成的。
2.4相關(guān)性分析
苦草種植后的第15天、第35天和第66天,苦草組與對(duì)照組沉積物間隙水中溶解態(tài)As、溶解態(tài)Fe(Ⅱ)、溶解態(tài)Mn、UV254、As(Ⅲ)以及As(Ⅴ)之間的相關(guān)關(guān)系如圖6所示,圖中左上為對(duì)照組,右下為枯草組。3個(gè)試驗(yàn)階段,苦草組和對(duì)照組沉積物間隙水中的溶解態(tài)As、As(Ⅴ)、As(Ⅲ)與溶解態(tài)Mn和UV254顯著相關(guān)。對(duì)照組的溶解態(tài)As、As(Ⅴ)、As(Ⅲ)與溶解態(tài)Fe(Ⅱ)有較好的相關(guān)性,而苦草組溶解態(tài)As、As(Ⅴ)、As(Ⅲ)與溶解態(tài)Fe(Ⅱ)相關(guān)性較差或不存在相關(guān)性。
圖6沉積物間隙水中As與Fe、Mn、UV254的相關(guān)性分析
2.5苦草對(duì)沉積物As遷移轉(zhuǎn)化的影響機(jī)制
氧化還原作用制約著砷在環(huán)境中的存在形態(tài),隨著DO濃度的下降,As(Ⅴ)逐步被還原成As(Ⅲ)。沉積物-水界面中的DO濃度越低,砷越易從五價(jià)被還原為三價(jià)??嗖萃ㄟ^光合作用和根系泌氧使得苦草組沉積物-水界面DO濃度增加(圖1),As(Ⅲ)被氧化為As(Ⅴ),砷酸鹽沉淀增加,沉積物間隙水中溶解態(tài)As、As(Ⅲ)與As(Ⅴ)質(zhì)量濃度減小(圖5)??梢娍嗖萦欣谙鳒p沉積物中的As,這與DO濃度增加促進(jìn)沉積物磷去除的機(jī)制相似。
沉積物間隙水中的pH值和UV254含量影響著沉積物As的存在形態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化過程??嗖萁M和對(duì)照組中溶解態(tài)As、As(Ⅲ)、As(Ⅴ)含量變化均與UV254及Mn含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(圖6),表明存在耦合釋放的現(xiàn)象??嗖萁M中溶解態(tài)Mn在DO濃度較高的情況下被氧化,并與間隙水中的砷酸根離子反應(yīng)生成難溶的錳砷化合物,釋放H+,降低苦草組的pH值(圖1),且新生成的錳砷化合物與鐵砷化合物可吸附UV254和溶解態(tài)As,形成絡(luò)合物沉淀,砷的氧化和吸附能力增強(qiáng),有效性降低。本文3個(gè)試驗(yàn)時(shí)段,苦草組溶解態(tài)As、As(Ⅲ)與As(Ⅴ)的平均去除率呈現(xiàn)先增后減的趨勢,可見受到了該組pH值降低的影響。
此外,植物的根系可以通過螯合作用、表面形成氧化鐵/錳化合物膠體、區(qū)隔化作用等機(jī)制降低重(類)金屬的吸收??嗖莞捣置诘挠袡C(jī)酸能夠有效促進(jìn)沉積物中磷、鐵在根系周邊形成鐵錳膠膜。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行,苦草對(duì)間隙水中溶解態(tài)As、As(Ⅲ)與As(Ⅴ)質(zhì)量濃度的平均值與同期對(duì)照組的差異越來越小(圖3),苦草對(duì)As的同化吸收效果降低。因此,苦草通過根系泌氧提升了表層沉積物的DO,促進(jìn)了鐵砷化合物和錳砷化合物的形成,有效去除了沉積物間隙水中的溶解態(tài)As、As(Ⅲ)與As(Ⅴ)。
3結(jié)論
a.苦草通過根系泌氧增加了沉積物-水界面的OPD,降低了間隙水中的pH值,UV254以及溶解態(tài)As、As(Ⅴ)、As(Ⅲ)、溶解態(tài)Fe(Ⅱ)和溶解態(tài)Mn的質(zhì)量濃度。
b.苦草組和對(duì)照組沉積物間隙水中的溶解態(tài)As、As(Ⅴ)、As(Ⅲ)與溶解態(tài)Mn和UV254顯著相關(guān),與溶解態(tài)Fe(Ⅱ)相關(guān)性較差。
c.苦草對(duì)沉積物間隙水中的溶解態(tài)As、As(Ⅲ)和As(Ⅴ)有較好的去除效果,去除率分別為62.5%、64.6%、69.5%。苦草對(duì)As(Ⅲ)的去除效果優(yōu)于其對(duì)As(Ⅴ)的去除效果。